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原始研究的文章

前面。远程Sens。, 2023年3月06
秒。微波遥感
卷4 - 2023 | https://doi.org/10.3389/frsen.2023.1073765

评估的有效分辨率增强分辨率SMAP亮度温度图像产品

www.雷竞技rebatfrontiersin.orgDavid g .长 1*,www.雷竞技rebatfrontiersin.org玛丽j . Brodzik 2www.雷竞技rebatfrontiersin.org莫莉Hardman2
  • 1杨百翰大学电子与计算机工程系,普洛佛、UT、美国
  • 2国家冰雪数据中心,CIRES,科罗拉多大学博尔德分校博尔德,美国有限公司

校准措施Enhanced-Resolution被动微波等积每日可伸缩的地球网格2.0亮度温度(CETB)地球系统数据记录(ESDR)包括常规和Enhanced-Resolution辐射计亮度温度(TB)图像标准,兼容网格校准卫星辐射计测量收集了数十年的时间。最近,CETB团队的前4年提高分辨率处理土壤水分活跃被动(SMAP) l波段(1.41 GHz)辐射计TB图像。CETB处理雇佣的辐射计形式散射仪图像重建(rSIR)算法来创建增强分辨率的图像,这是在高分辨率网格。在本文中,我们评估SMAP的有效决议TB使用海岸线和岛口岸形象产品。我们同样评估的有效决议SMAP L1C_TB_E增强分辨率的产品是基于Backus-Gilbert处理。提出了一种比较的空间分辨率rSIR和L1C_TB_E增强分辨率产品conventionally-processed SMAP数据(网格)。我们发现每天的有效决议CETB rSIR SMAPTB图片比L1C_TB_E略细,约30%细比传统数据处理。

1介绍

美国宇航局措施校准Enhanced-Resolution被动微波等积每日可伸缩的地球网格2.0亮度温度(CETB)地球系统数据记录(ESDR)是一个单一的、一致地处理、多传感器ESDR Earth-gridded微波亮度温度(TB)图像跨度从1978年到现在(Brodzik et al ., 2018;Brodzik和长,2016年)。它是基于新的基本气候数据记录(FCDRs)被动微波观测从广泛的传感器(Berg et al ., 2018)。传统,enhanced-resolution CETB数据集包括TB图像标准地图上预测,旨在服务于陆地表面和极地雪/冰研究社区在气候和气候变化的研究长,Brodzik, 2016年)。最近,TB从l波段图像产品土壤水分主动被动辐射计(SMAP) (Entekhabi et al ., 2010;Piepmeier et al ., 2017)数据被添加到CETB数据集(长et al ., 2019;Brodzik et al ., 2021)。

常规解析CETBTB图像创建使用标准的九牛一毛(DIB)技术,也称为网格(研磨)。创造更好的分辨率的图像,重建技术是采用(长,Brodzik, 2016年)。产生的图像地图上兼容的预测和网格间距(Brodzik和长,2016年;Brodzik et al ., 2021)。之前的论文使用模拟比较的分辨率增强功能的辐射计形式散射仪图像重建(rSIR)算法和Backus-Gilbert (BG)方法(巴克斯吉尔伯特,1967年;巴克斯吉尔伯特,1968年),发现rSIR提供改进的性能相比,BG大大减少计算(长,Brodzik, 2016年;长et al ., 2019)。

CETB产品结合多个轨道传递,增加采样密度,为每天的产品。rSIR、采样密度的增加使得算法能够提取更精细的空间信息。相比之下,增强分辨率SMAP L1C_TB_E产品(Chaubell 2016;Chaubell et al ., 2016;Chaubell et al ., 2018)从个人创建1/2轨道使用版本的BG插值方法(巴克斯吉尔伯特,1967年,1968年;坡,1990)。再次重申,一个重要的区别两个产品是多个通过结合rSIR处理创建半球图像,而只有一个通过用于BG处理swath-based L1C_TB_E产品。rSIR和L1C_TB_E展览更精细的空间分辨率比传统研磨加工所定义的3 dB宽度的像素空间响应函数(PSRF)。

本文实际SMAP数据是用来衡量和比较的有效空间分辨率rSIR和L1C_TB_E增强分辨率的产品。结果相比,有效解决传统网格处理。本文组织如下:在第二秒。一些简短的背景后,测量和像素的讨论空间测量响应函数中提供了第三秒。。第四部分提出了响应函数的估计。发布的讨论有效解决在秒。V,紧随其后的是第六秒。总结结论。

2背景

SMAP的辐射计在l波段(1.41 GHz), 24 MHz带宽,和收集的测量水平(H),垂直(V), 3日和4日斯托克斯偏振参数总辐射的不确定性1.3 K (Piepmeier et al ., 2017;Piepmeier et al ., 2014)。SMAP宇宙飞船于2015年1月和苍蝇在98.1°倾角与太阳同步极轨道在685公里的高度。SMAP收集重叠TB使用天线旋转测量在一片疮痍14.6 rpm。名义3-dB椭圆足迹由47公里(39公里Piepmeier et al ., 2014;Piepmeier et al ., 2017;长et al ., 2019)。

2.1增强分辨率SMAPTB产品

CETB产品是由个人的映射TB测量到地面网格等积使用标准的可伸缩的地球网格2.0(可以尽情)地图预测(Brodzik et al ., 2012;Brodzik et al ., 2014)。在接地的常规解决方案网格CETB产品,每个测量位置的中心被映射到一个map-projected网格单元或像素。指定的时间段内的所有测量的中心下降的范围内特定的网格单元平均在一起(Brodzik和长,2016年)。未加权的平均成为报道像素TB网格单元的值。自测量像素以外的足迹可以扩展,有效解决接地的图像比像素大小粗。我们所说的像素中心的间距发布或者是发布决议,请参阅图1

图1
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图1。像素大小发布插图。(一)图显示不规则大小和像素重叠贴在一个统一的网格。由于处理用于计算像素值,3 dB轮廓像素的空间响应函数(PSRF)大于像素区域。10 dB的PSRF显示轮廓比较。(B)统一的网格图显示细和粗像素。有效解决PSRF粗和细像素是一样的,张贴在细间距与优良的像素(分辨率)。

更精细的空间分辨率CETB产品使用与rSIR重建算法生成多姆,1998年;长,Brodzik, 2016年)。迭代rSIR算法采用正则化权衡噪音和决议通过限制的迭代次数,从而产生部分重建(长et al ., 2019)。rSIR产品发布在高分辨率网格和一个有效的决议,比发布粗分辨率;即。,they are oversampled (长,Brodzik, 2016年)。对SMAP CETB生成全球等积圆TB图像使用研磨36公里,25公里的帖子和rSIR-enhancedTB图像在嵌套EASE2-grids 3、3.125和8公里的帖子(Brodzik和长,2016年)。我们注意到最好的空间频率,可以表示为一个采样图像两次发布决议,虽然有效分辨率可以比这粗(McLinden et al ., 2015)。不同的帖子在CETB让用户容易分析来自多个传感器的数据(Brodzik和长,2016年)。

SMAP的L1C_TB_E产品也产生标准可以尽情地图投影,但只有在一个发布解决9公里(Chaubell 2016;Chaubell et al ., 2016)。本产品采用BG-based最佳插值估计TB片,插值网格像素基于仪器TB测量(坡,1990)在绕轨道运行一周(单程)。CETB之间的关键差异和L1C_TB_E产品多个通行证是如何处理的。L1C_TB_E产品生成每通过一个图像产品的基础上通过,而CETB产品结合了多个进入每天的图像,即。每天,两个图像。CETB产品可以更好的有效的时间分辨率和空间分辨率有限影响单个文件。

2.2像素和测量响应函数

SMAP辐射计收集在一个不规则网格测量。如下所述,每个测量都有一个独特的空间测量响应函数(MRF)描述的贡献表面上每个点的测量值。测量,可能来自多个轨道,是加工成统一的像素网格。报告为每个网格元素或像素值的加权和多个测量。的像素空间响应函数(PSRF)描述了表面上的每个点的贡献报道像素值,即:,how much the brightness temperature at a particular spatial location contributes to the reported brightness temperature of the pixel. In effect, the PSRF is the impulse response of the measurement system for a particular pixel. The PSRF includes the image formation process as well as the effects of the sampling and the measurement MRFs that are combined into the reported pixel value. In contrast, the MRF is just the spatial response of a single measurement. Analysis of the PSRF defines the effective resolution of the image formation.

我们注意到,一般来说,一个像素的空间响应函数的遥感影像可以大于其间距(发布决议),这样的有效程度像素重叠,如所示图1,即,the pixel size is greater than the posting resolution. This means that the有效的解决图像比发布决议(粗长,Brodzik, 2016年)。当发布决议比有效分辨率,更好的信号有时被称为采样过量图1。虽然原则上在这种情况下,图像可以重新取样粗分辨率有限的信息丢失,深思熟虑的过采样提供了灵活的重采样数据和采取的方法CETB报告时图像映射标准像素大小(发布决议)。

2.3辐射计测量空间响应函数

本节提供了一个简短的总结推导的MRF SMAP辐射计用于传感器和算法TB从测量的形象建设。有效空间分辨率图像的产品是由磁流变液的成像算法。磁流变液是由天线增益模式,扫描几何(尤其是天线扫描角),和集成。我们注意到,TB图像重建,磁流变液被视为零只有表面的方向。

一般的微波辐射计派生的磁流变液(长,Brodzik, 2016年;长et al ., 2019)。微波辐射计测量的热发射自然表面(Ulaby和长,2014年)。在一个典型的卫星辐射计天线扫描感兴趣的场景和仔细校准接收机的输出功率测量扫描位置的函数。报道信号是一个时间过滤后的接收信号功率的平均水平。观察到的权力是相关接收机增益和噪声指数,天线损失,身体的温度天线,天线模式,和场景亮度温度(Ulaby和长,2014年)。

由于天线旋转和移动在集成期间,有效的天线增益模式G年代是一个抹版本的瞬时天线模式。观察到的亮度温度测量z可以表示为

z = R F x , y T B x , y d x d y ( 1 )

磁流变液(x,y)是测量响应函数表达表面坐标x,y(长,Brodzik, 2016年)。这是标准化的有效的天线增益模式,

R F x , y = G b 1 G 年代 x , y ( 2 )

在哪里Gb是集成的增益,

G b = G 年代 x , y d x d y ( 3 )

实际上,MRF描述在多大程度上表面的特定位置排放导致观察到的TB价值。一个典型SMAP MRF椭圆,近高斯形状集中在测量位置(长et al ., 2019)。由于不同的观测几何(地球轨道,扁,和方位扫描),测量之间的磁流变液的变化。

2.4抽样考虑

SMAP辐射计成圆锥形地扫描。集成TB测量数据收集以固定17毫秒间隔(Piepmeier et al ., 2014),产生一个along-scan间距约11公里。由于航天器的运动之间的天线旋转,名义沿径间距约为28公里。这产生了一个表面采样密度约11公里×28公里,根据奈奎斯特判据可以明确地支持波数(空间频率)1/22公里−1×1/56公里−1当包括数据从一个通过。然而,磁流变液包括信息从波数比这更高。这些信息可以别名为低波数(Skou 1988;McLinden et al ., 2015)。组合多个通过增加采样密度,从而可以支持更高的波数和避免混叠。相结合的权衡多个通过降低时间分辨率。

2.5图像形成

图像形成过程估计地表亮度温度的地图TB(x,y)的校准测量z。可以在一个swath-based网格(即。,in swath coordinates) or on an Earth-based map projection grid (Brodzik和长,2016年),如在CETB和L1C_TB_E形象生产完成。本文只考虑一个地球上的地图投影网格。

最简单的成像算法是DIB(研磨),在地图的测量中心属于网格(像素)平均到像素。研磨的有效分辨率成像比测量的有效决议粗因为单个测量包括在像素的像素值扩展外部区域和中心分散在像素;因此,有效的分辨率比发布粗分辨率。各种逆distance-weighting平均技术已经被用于改进DIB。权重就像一个信号处理窗口(McLinden et al ., 2015)。

重建技术可以产生更有效的决议,只要满足空间采样需求(Skou 1988;早期和长,2001年)。在重建算法,每个测量的磁流变液用于估计表面TB在精细的网格(长,Brodzik, 2016年;长et al ., 2019)。rSIR算法已被证明是有效地生成高分辨率TBSMAP的图片(长et al ., 2019)。rSIR估计接近最大解决一个欠定的方程和最小二乘解一个超定的系统。rSIR提供结果优于BG方法大大减少计算(长,Brodzik, 2016年)。rSIR使用截短迭代,使信号重建精度和噪声增强之间的权衡。自重建以来收益率更有效分辨率,图像产品被称为“增强的决议。在特定位置的增强取决于当地的输入测量密度和磁流变液,可随每个测量。讨论(长et al ., 2019),为了满足奈奎斯特要求rSIR信号处理,图像中的发布决议必须细比的有效分辨率至少两倍。

另一种方法是最优的插值重建。BG最优插值方法被介绍给辐射计测量坡(1990),用于L1C_TB_E产品(Chaubell 2016;Chaubell et al ., 2016)。这种方法估计像素值在一个晴朗的网格的加权和附近的测量(多姆,1998年从磁流变液),确定权重。求解权重涉及矩阵求逆,包括主观选择权重天线模式的贡献和噪声之间的相关函数。结果比研磨处理更好的分辨率,但有些不到rSIR (多姆,1998年),结果在第四秒。确认。

3像素空间响应函数

如前所述,MRF描述空间的特征单独测量,即,how much the brightness temperature at each spatial location contributes to the measurement, while PSRF describes the spatial characteristics of reported pixel values, i.e., how much the brightness temperature at a particular spatial location contributes to the reported brightness temperature of the pixel value. Analysis of the PSRF defines the effective resolution of the image formation.

PSRF可以计算使用个人的mrf测量组合成一个特定的像素。线性成像算法如研磨、PSRF是线性的和磁流变液的测量包括像素(长,Brodzik, 2016年)。但是请注意,PSRF从像素到像素变化由于不同的位置像素区域内的测量和测量磁流变液的变化(长et al ., 2019)。我们进一步注意到变化测量之间的磁流变液排除了使用经典的反褶积算法,需要一个固定的响应函数。通常,PSRF规范化的峰值。

虽然BG的像素值是线性相关的测量在BG最佳插值,权重与像素插值非线性变化使用和测量位置。这个复杂PSRF的估计算法,采用BG。同样,非线性PSRF rSIR算法复杂计算。之前的研究依赖于模拟计算PSRF使用模拟脉冲函数(长,Brodzik, 2016年;长et al ., 2019)。在本文中,我们使用实际SMAP数据来估计PSRF L1C_TB_E和rSIR产品。

鉴于PSRF,有效解决图像对应的面积PSRF大于某一阈值,通常−3 dB (Ulaby和长,2014年;长et al ., 2019)。我们经常表达该决议的平方根的区域,我们称之为“线性决议”。例如,直线图像是一个二维的理想PSRF“矩形”或“箱式车”函数的值为1的像素区域,别的都是0,明白了图2。理想的帖子36平方公里像素组成的图像的分辨率是1296公里2,对应于一个线性的解决36公里。

图2
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图2(一)一维sinc函数36公里3-dB mainlobe宽度相比矩形函数相同的宽度。插图的二维(B)矩形和(C)sinc函数。

因为只有一个有限数目的离散测量是可行的,我们必须不可避免地假定信号和PSRF带宽受限等,它们与样品间距一致(长,弗朗茨,2016年)。这个理想的带宽受限版本货车车厢PSRF是一个二维sinc函数,见图2。理想抽样36公里,这个带宽受限PSRF是最好的实现PSRF符合抽样。奈奎斯特判据,信号频率高于1/2采样率不能代表没有混叠(发布)。

一个共同的量化方法有效的解决的值是相对应的区域,当PSRF大于1/2,称为3 dB PSRF大小(Ulaby和长,2014年)。有效分辨率(3 dB PSRF大小)大于像素大小,因此比发布决议。请注意,如果我们选择一个较小的PSRF大小阈值,例如,−10 dB代替−3 dB,面积更大。当发布决议比有效分辨率(即细。图像采样过量见图1)图像可以,原则上,重新取样的粗分辨率有限的亏损信息(Meier和斯图尔特,2020)。然而,深思熟虑过采样提供了灵活的重采样数据,并采取的方法CETB报告时图像映射标准像素网格细发布决议。更好的保留了尽可能多的信息。

确定有效的解决方法之一是基于第一估计成像过程的阶跃响应。通过假设PSRF是对称的,PSRF可以从观察到的阶跃响应,极大地简化了估计过程的有效决议。回想一下,阶跃响应是数学上的卷积PSRF阶跃函数。PSRF因此可以计算从阶跃响应和阶跃函数反褶积。在这种情况下,产品代表了PSRF一片反褶积。有效宽度的线性解决上述PSRF−3 dB阈值。

4解决实际数据估计

在本节中,我们评估的有效线性解析SMAP从实际图像数据TB测量使用SMAP L1C_TB_E 1/2轨道数据和CETB每日图像在像素的传统——并通过估计enhanced-resolution阶跃响应。我们的方法使用类似于一个边缘亮度温度(Meier和斯图尔特,2020)。我们注意到极地CETB图像生成每日两次使用本地时段(ltod)标准。在每个像素结合测量从不同的传递发生在短期(4 h) ltod窗口的两个图像(长,Brodzik, 2016年;长et al ., 2019)。swath-based L1C_TB_E产品以来,从L1C_TB_E创建每日图片产品,重叠范围在一个特定的地方每天的时间间隔(即。,早上或晚上时间分别取平均值。这将单一通过L1C_TB_E数据文件转换成多路图像。注意结合当地时间只是在相同的几个小时的时间间隔。通过结合在同一个地方时间稍微降低时间分辨率,但也会降低噪音水平。精确的时间间隔由不同的图像产品是不一样的,但非常接近,导致类似的图像。因为rSIR图片张贴在3公里距离,但故意采样过量的至少两倍,我们应用一个理想(brickwall)低通滤波器截止在12公里。

阶跃响应计算,我们任意选择一个小200公里200公里区域集中在大约69 n和49 e在北冰洋,明白了图3。(结果是相似的其他领域。)radiometrically寒冷的温暖海洋和陆地之间的转换提供剧烈波动,可以简单的建模。Ostrov Kolguyev (Kolguyev岛)是一个名义上的平坦,tundra-covered岛直径大约是81公里,最高海拔120∼。岛上几乎是圆形的。因为有噪音和可变性TB从传递,平均在20天时间被认为是结果。图4显示个人CETB和L1C_TB_E子图象在研究期间。数据时间是任意选择的,这样的形象TB只值变化最小,即,they are essentially constant over the time period with high contrast between land and ocean.

图3
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图3。例子晚上CETB SMAP辐射计垂直偏振(v波尔)TB图像处理网格地图上一个可以尽情rSIR天的091年,2015年。开放海域出现冷(低TB)土地相比,冰川冰和海冰。厚厚的红色框的右边和下面的中心列出了研究区域。

图4
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图4。平均每日SMAP vpolTB在研究区域(见图片图3跨越天与海岸线(91年- 100年韦塞尔和史密斯,2015年)覆盖。(一)接地的36公里。(B)L1C_TB_E 9公里。(C)rSIR 3公里。注意明显抵消岛的研磨,粗像素的结果。厚厚的水平线显示数据横断面位置从图像中提取数据进行分析。黑色的线是“island-crossing”案件而红线是“coastline-crossing”的情况。

两个水平横断面研究的地区被认为是在单独的情况下。一个穿过岛和海岸,而第二个穿过一片海冰和海岸,明白了图4。由于海冰的动力,进一步从岸边,只考虑近海地区。为简单起见,我们的模型表面亮度温度是常数与不同的值在土地和水。

图4比较10天平均每天研磨、rSIR L1C_TB_E图像研究的地区。在这些图像,冷却器(深色)地区是开放的海洋。土地高温,海冰覆盖区域表现出有点低TB。接地的图像是块状,而高分辨率的图像表现出更好的分辨率和更准确地匹配的海岸线。这些图像是由平均每天10天TB图像以减少噪音影响由于(1)TB测量噪声和(2)变化的影响在每个测量位置和传球。派生PSRF分辨率和线性因此代表时间平均。派生PSRFs单程PSRFs的代表。

检查图4我们观察到,海洋和陆地的值由不同的常数,合理建模与海岸线的过渡区。很明显,接地的图像比L1C_TB_E块状和rSIR图像。这是由于细网格分辨率的提高分辨率的图像和更好的有效分辨率。由于研磨粗量化的图像,岛看起来有点向下偏移,而L1C_TB_E和rSIR图像更好地对应于叠加海岸线地图。

图5块的图像TB沿着两个横断面研究价值。请注意,rSIRTB价值观具有尖锐的转换比接地的图像,从陆地到海洋,低估了岛接地的形象TB。接地的值也比L1C_TB_E rSIR和高估平滑过渡TB在航道滨海海峡分隔岛和南(右)岛的海岸线。rSIR曲线似乎表现出一小下,附近over-shoot L1C_TB_E相比图像的转换。

图5
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图5。块TB沿着两个样例分析线所示图4(一)coastline-crossing和(B)island-crossing病例。在研究期间每日值显示为细线。平均图像的曲线显示为粗线。离散步骤和高斯卷积一步模型也显示。的x设在以海岸线或岛中心的具体情况。

缺乏高分辨率的真实TB地图,很难精确地分析图像的精度和分辨率。然而,我们可以使用信号处理方面的考虑来推断值的预期行为,从而有效解决。分析预期的数据沿着这些横切行为我们介绍一个简单的步骤模型底层TB。注意的是,TB变化的海岸海岸线附近的土地情况基本上是常数的变化不超过几K,我们模型的土地是一个常数。同样,海洋TB被建模为一个常数。这提供了一个简单的阶跃函数模型TB的海岸线。island-crossing情况类似的建模,但包括一个矩形的岛。建模TB图5观察和重建的比较值。建模TB过滤36公里高斯响应滤波器,蓝色所示,进行比较。后者代表了一种理想化的结果,即,what can be achieved from the model assuming a Gaussian MSRF.

检查图5我们确认L1C_TB_E和rSIR图像具有尖锐的转换比研磨图片和接地的形象低估了岛TB。接地的图像,再海边转换比L1C_TB_E rSIR,低估了岛TB,高估TB在航道滨海海峡分隔岛和南(右)岛的海岸线。rSIR涟漪的构件TB从海洋到陆地的结果在这两个例子都隐式的低通滤波重建。pass-to-pass变异性TB观察大约是相同的所有情况在大多数地方,这表明没有一个明显的噪音点球当用人rSIR重建或L1C_TB_E SMAP的最优插值。

洞察力可以获得通过检查的光谱信号。图6介绍了波数谱的关键信号图7。光谱是通过补零数据计算。为了简单起见,只显示平均曲线的傅里叶变换。建模的光谱信号则显示为蓝色。达到0波数,他们在更高的波数逐渐减少。所示的信号过滤模型,深蓝色,代表了最佳信号,可以恢复。接地的信号密切遵循理想,直到达到1/72公里−1截止频率允许的网格,除了它不能代表进一步的信号。L1C_TB_E rSIR遵循理想信号约1/36公里−1然后互相追踪到1/18公里−1截止L1C_TB_E抽样。rSIR持续到1/12公里−1截止。细节的波数响应coastline-crossing之间的不同和island-crossing情况下,但应用相同的结论。

图6
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图6。波数谱的TB片,模型,和PSRF。(一)Coastline-crossing情况。(B)Island-crossing情况。看到文本。

图7
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图7。单程rSIR和研磨PSRFs从(一)coastline-crossing和(B)island-crossing病例。显示的比较是一个36公里宽高斯窗和一个36公里宽sinc函数,代表了理想的研磨像素PSRF。水平虚线对应不同的阈值,与粗虚线指示−3 dB阈值。有效3-dB线性决议PSRF在这条线的宽度。

反褶积的阶跃响应在频域实现阶跃响应的谱除以阶跃函数建模,建模的照顾零和接近于零阶跃函数处理的逆操作。理想的研磨PRSF(蓝色虚线)是一个矩形,切断了1/36公里−1。估计研磨PSRF光谱匹配的理想。rSIR和L1C_TB_E PSRF光谱匹配理想在低频区域,但也包含额外的信息在更高的波数,逐渐卷。这些额外频谱内容提供了更好的解决rSIR相比接地的结果。

最后,估计一维PSRFs计算的傅里叶反变换PSRF光谱图6所示图7表1显示了每种情况下的线性解析,计算的宽度PSRF−3 dB。相比较而言,线性决议用−2 dB和−10 dB阈值显示。在所有情况下的分辨率rSIR比观察到接地的决议。

表1
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表1。推断出线性的决议图7对各种算法和阈值。

关键观察是有效的决议,由3-dB定义派生PSRFs宽度,分析案例非常相似。正如所料,观察到的研磨PSRF结果比理想的粗研磨PSRF由于扩展的SMAP MRF之外的像素区域。rSIR密切遵循理想的研磨,并提供实际的显著提高36公里网格。rSIR比L1C_TB_E岛上,但略低于L1C_TB_E海岸线穿越。L1C_TB_E也显示了coastline-crossing比接地的情况下,但略比研磨island-crossing情况。的L1C_TB_E PSRF Gaussian-filtered模型匹配的主瓣小肩膀两边mainlobe的海岸线。rSIR决议代表一个线性分辨率提高近30%,从观察到的研磨分辨率有轻微改善分辨率的理想化模型。我们得出这样的结论:rSIR比研磨产品,提供更有效的解决分辨率提高近30%。的分辨率增强L1C_TB_E可以类似的在某些情况下,但不是全部。rSIR提供更加一致的有效分辨率比L1C_TB_E改进研究情况。

5讨论

无论发布决议(图像像素间距)的有效分辨率重建TB图像是由PSRF定义。为了避免混淆,发布决议(细)必须小于有效决议。我们注意到,只要满足这个需求,发布决议可以任意设置。因此,像素大小可以任意确定基于像素大小等标准的地图投影可以尽情系统(Brodzik et al ., 2012;Brodzik和长,2016年)。

的优点有更好的分辨率。例如,因为有效的决议可以随图像由于测量几何,PSRF不是空间常数,并确保统一的像素大小,图像可能over-sampled在某些领域。好帖子确保所有信息保存,满足奈奎斯特抽样标准。此外,更好的发布提供了最佳(带宽受限的意义上)在图像插值的有效信息。这可以比双线性插值或bi-cubic方案通常用于插值在许多应用程序中。我们也注意到,好帖子分辨率重建所需的信号处理正确代表样本位置和测量响应函数。另一方面,图像采样过量产生更大的文件和用户之间存在潜在的混乱理解有效的决议和相邻像素相关性。

在创建原始CETB数据集时,长,Brodzik希望确保在不同的频率通道有不同的分辨率,需要使用不同的网格分辨率网格分辨率很容易彼此相关(即。2)的权力,简化比较和数据的使用(长,Brodzik, 2016年)。因此,网格尺寸选择,仔细的模拟基础上,重建的均方根误差TB图片是最小化受到少量的选择可能的大小。这种分析特定频道的一个原因是在特定的决议发布网格而有效的决议可能期细网格提供了更好的错误减少重建(长,Brodzik, 2016年)。

如前所述,理想PSRF是1像素,别的都是0,即。,一个小盒子车功能。然而,由于我们是代表表面TB在离散的网格,我们必须假定信号带宽受限,这样样品能代表没有混叠的信号。因此,带宽受限的理想PSRF是一个低通滤波矩形函数,这是一个二维sinc函数(图2),尽管在实践中真正的PSRF更广泛的主瓣和旁瓣小。因为PSRF之外的非零像素区域,信号的像素区域以外的“泄漏”观察到的像素值。例如,考虑一个PSRF−10 dB相邻像素。如果有一个开放的海洋像素的海洋TB160 K邻近土地像素在哪里TB是250 K, PSRF允许土地TB信号贡献大约9 K的海洋观测值,本质上提高观测值169 K从160 K的理想值。

明显的图5,表面急剧转变TB在所有的产品被低估。高分辨率的产品更好的本地化优势的转变,但可能波动(超过,反应过激就是反应不足)附近的边缘,由于吉布的现象。过滤的波动可以最小化或平滑数据有效空间分辨率为代价的,但不是完全消除即使是低分辨率的接地的数据。这些误差值导致地球物理值推断出错误的估计TB。应用程序的错误容忍依赖估计地球物理价值观和可能不同的用户和应用程序。高分辨率要求公差锋利边缘附近波动。

这一事实PSRF之外的非零像素面积也意味着附近的像素统计与每个时候—即使在理想情况下并不是独立的。相关性更强,有效的分辨率比发布粗分辨率。这种效应可能在做统计分析时需要考虑相邻像素。

6结论

本文认为传统的有效决议,enhanced-resolution SMAPTB图像产品从美国航天局资助的CETB ESDR项目(Brodzik et al ., 2021)和SMAP项目L1C_TB_E产品(Chaubell et al ., 2016;Chaubell et al ., 2018)。这些产品包括常规处理(研磨)网格图像和rSIR和BG最优插值enhanced-resolution图像。评估和比较两个产品的决议的阶跃函数响应来自海岸和岛屿SMAP的横断面TB图像。从这些,有效分辨率是由计算平均PSRF。正如所料,有效解决比像素粗张贴在所有情况下(间距)。从1选项卡。3-dB,有效解决传统加工(研磨)数据,发布在36公里网格,发现大约45.9公里,而有效解决rSIR每日enhanced-resolution图像发现29.8公里,近30%的改善。可以那么高分辨率改善L1C_TB_E有时但不太一致。结果验证了改进日常SMAP决议可能TB图像使用rSIR算法。

数据可用性声明

在这项研究中提出的数据集可以在网上找到存储库。库的名称/存储库和加入数量(s)中可以找到这篇文章/补充材料。

作者的贡献

DL负责的概念和设计研究。MB安排资金。DL写了初稿的手稿。MB和MH编辑的手稿。所有作者导致修订手稿、阅读和批准提交的版本。

资金

提供的资助该研究是在美国宇航局资助NXX16AN02G和80年在科罗拉多大学博尔德分校nssc20k1806 NNX16AN01G杨百翰大学。

的利益冲突

作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。

出版商的注意

本文表达的所有索赔仅代表作者,不一定代表的附属组织,或出版商、编辑和审稿人。任何产品,可以评估在这篇文章中,或声称,可能是由其制造商,不保证或认可的出版商。

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关键词:CETB SMAP,重建,亮度温度,辐射计

引用:长DG, Brodzik乔丹和Hardman M(2023)评估的有效分辨率增强分辨率SMAP亮度温度图像产品。前面。远程Sens。4:1073765。doi: 10.3389 / frsen.2023.1073765

收到:2022年10月18日;接受:2023年2月17日;
发表:2023年3月06。

编辑:

谢尔默罕默德国际山地综合发展中心,尼泊尔

审核:

Tianjie赵、航天信息研究所(CAS),中国
费迪南Nunziata意大利,意大利degli研究di那不勒斯帕耳忒诺珀

版权©2023长,Brodzik Hardman。这是一个开放分布式根据文章知识共享归属许可(CC)。使用、分发或复制在其他论坛是允许的,提供了原始作者(年代)和著作权人(s)认为,最初发表在这个期刊引用,按照公认的学术实践。没有使用、分发或复制是不符合这些条件的允许。

*通信:大卫·g·长long@ee.byu.edu

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